全反射稜鏡

圖19-26中的等腰直角三角形ABC表示一個全反射稜鏡的橫截面，它的兩個直角邊AB和BC表示稜鏡上兩個互相垂直的側面。如果光線垂直地射到AB面上，就會沿原來的方向射入稜鏡，射到AC面上，由於入射角（45°）大於光從玻璃射入空氣的臨界角（42°），光會在AC面上發生全反射，沿着垂直於BC的方向從稜鏡射出（如圖19-26甲）。如果光垂直的射AC面上（如圖19－26乙），沿原方向射入稜鏡後，在AC、BC兩個面上都會發生全反射，最後沿着入射時相反地方向入射時相反的方向從AC面上射出生活中很多地方都用到了這一原理，例如自行車尾燈（圖19－27），就利用了這一原理

在光學儀器裏常用全反射稜鏡代替平面鏡，改變光的傳播方向。圖19－28是全反射稜鏡應用在潛望鏡裏的光路圖。而在望遠鏡中為了獲得較大的放大倍數，鏡筒要很長，使用全反射稜鏡，能夠縮短鏡筒的長度（圖19－29）。

反射稜鏡的工作原理實際上是光的反射定律和折射定律。光在相同介質中發生反射時，其反射角和入射角相等；光由一種介質垂直兩介質平面入射到另一種介質時，不會發生折射。

實際應用的稜鏡如圖1；稜鏡尾部的結構為三面正交（圖2所示A、B、C面），其形狀如圖2；原理如圖3。

圖3中直角三角形為反射稜鏡尾部結構的一個斷面，其中一角度為90度，A面和B面相互垂直。入射光R1入射到面B面上，其反射光再入射到面A上，最後有反射光R2返回，其方向與R1的方向互逆。根據光的反射定律可以知道以下關係：

即R1和R2是平行的。就是説反射稜鏡能夠將光按照原路發射回去。

初看起來全反射稜鏡僅僅相當於一個平面鏡，使用全反射稜鏡的地方完全可以用平面鏡替代，但實際上卻不是這樣。一般的平面鏡都是在玻璃的後表面鍍銀而成，平面鏡的前表面即玻璃表面也反射光線，光線要經過玻璃表面和銀面多次反射，所以會成多個像（圖19－30）。其中第一次被銀面反射所成的像（主像）最明亮，而其它的像則越來越暗，一般不會引起注意，但是對於精密的光學儀器，如照相機、望遠鏡、顯微鏡等，這些多餘的像必須除去，所以常用全反射稜鏡。當然，如果在玻璃前表面鍍銀，就不會產生多個像，但是前表面鍍銀，銀面容易脱落。

在利用反射稜鏡(或者反射片)作為反射物進行測距時，反射稜鏡接收全站儀發出的光信號，並將其反射回去。全站儀發出光信號，並接收從反射稜鏡反射回來的光信號，計算光信號的相位移等，從而間接求得光通過的時間，最後測出全站儀到反射稜鏡的距離。

由於空氣的折射率近似等於1.0，而玻璃的折射率大約等於1.5；根據公式 可知光通過玻璃時的速度比通過空氣時的要小。

用全站儀測量儀器到反射稜鏡之間的距離時，儀器根據測量顯示的距離比實際的距離要長。因此，稜鏡常數取決於玻璃的折射率和稜鏡的厚度（光通過的長度）。假設反射稜鏡頂點在測點的鉛直線上，那麼稜鏡（玻璃材料）折射率的改正值就是稜鏡常數。但實際應用中由於安裝固定的需要，稜鏡的頂點位置不在測點的鉛直線上。

實際應用的稜鏡常數的計算(如圖4)方法如下：

上式中：

例如某廠家製造的反射稜鏡在應用時會發現其説明書中標稱的稜鏡常數有兩種即－40和－30；這是通過增加或減少一隻外框來改變稜鏡常數的。實際上就是改變了 式中H的數值而已。

從儀器發出的測距光束會隨其通過的距離增大而出現擴大光束。在採用一個反射稜鏡時，儀器接收到的返回光量會減弱。實際應用中在進行長距離測量時使用多個反射稜鏡。常用的稜鏡有：單稜鏡；3稜鏡；9稜鏡；簡易稜鏡；標杆單稜鏡等。

關於反射稜鏡，在實際製造時，根據配套全站儀或者測距儀儀器要求不同，“錐度”有做成負幾秒到正幾十秒的。正的好加工，成本也比較低；並且正的數值越大成本就減低很多。在製造時還要根據需求後面進行鍍膜。鍍膜也有膜材料和工藝要求，工藝不同成本也差很多。用户在選擇使用時，不一定會考慮到這些方方面面的；對選擇的附件滿足自己的工程要求即可。